BE1007457A3

BE1007457A3 - Strijkijzer met glijlaag.

Info

Publication number: BE1007457A3
Application number: BE9300858A
Authority: BE
Inventors: Emmanuel W J L Oomen; Beurs Hans De
Original assignee: Philips Electronics Nv
Priority date: 1993-08-23
Filing date: 1993-08-23
Publication date: 1995-07-04
Also published as: DE69411644D1; JPH0780199A; DE69411644T4; US5592765A; CN1124311A; JP3690826B2; EP0640714B1; CN1076416C; EP0640714A1; DE69411644T2; SG44021A1

Abstract

De uitvinding betreft een strijkijzer met een metalen strijkijzerzool die voorzien is van een glijlaag van een anorganisch polymeer, bijvoorkeur van polysilicaat, dat via een sol-gel proces is aangebracht. Dergelijke glijlagen vertonen een grote hardheid, een hoge corrosiebestendigheid en een goede bestendigheid tegen snelle tempertauurvariaties. De glijlaag bevat bijvoorkeur tevens gefluorideerde koolwaterstofverbindingen. De aanwezigheid van deze verbindingen verschaffen de glijlaag een verhoogde wrijvingscoëfficient, die vergelijkbaar is met teflon. De glijlaag kan op verschillende manieren worden aangebracht. Aanbrengen met behulp van spuiten heeft de voorkeur.

Description

"Strijkijzer met glijlaag"
De uitvinding heeft betrekking op een strijkijzer met een metalen zoolplaat die voorzien is van een glijlaag. De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het aanbrengen van een glijlaag op een metalen zoolplaat.

Een strijkijzer van het in de aanhef genoemde type is op zieh bekend. Zo wordt in het duitse octrooischrift DE 36. 17. 034 een strijkijzer beschreven waarvan de zoolplaat voorzien is van een glijlaag, die uit tenminste twee sublagen is opgebouwd.

De eerste sublaag bestaat uit een grondlaag van bijvoorbeeld aluminiumoxide of een mengsel van aluminiumoxide met titaanoxide, dat met bijvoorbeeld plasmasproeien op de metalen zoolplaat is aangebracht. Op deze grondlaag wordt een tweede sublaag van kunststof aangebracht, bijvoorkeur op basis van teflon.

Het bekende strijkijzer heeft nadelen. Zo blijkt in het bijzonder de mechanische sterkte van de glijlaag onvoldoende te zijn. Dit is met name het gevolg van de relatief geringe krasvastheid van de kunststoflaag. Ook blijken er problemen met de stabiliteit van de kunststoflaag op te treden. De stabiliteit van kunststoffen tegen de voor strijkijzers gebruikelijke temperaturen van maximaal ongeveer 300 C blijkt over het algemeen niet optimaal te zijn. Daarnaast is het aanbrengen van een dubbellaag zoals beschreven voor de bekende glijlaag omslachtig en kostbaar.

De uitvinding heeft als doel een strijkijzer te verschaffen dat de bovengenoemde nadelen niet heeft. Meer in het bijzonder wordt een strijkijzer met een metalen zoolplaat beoogt waarvan de glijlaag een grote krasvastheid vertoont. De glijlaag dient op eenvoudige en goedkope wijze op de zoolplaat aangebracht te kunnen worden. De glijlaag dient daarnaast goed bestand te zijn tegen corrosie en tegen vele en snelle temperatuurvariaties tot maximaal 300 C. De uitvinding beoogt tevens een werkwijze te verschaffen voor het aanbrengen van een glijlaag op een zoolplaat.

Deze en andere doelstellingen worden bereikt met een strijkijzer van het in de aanhef genoemde type, dat volgens de uitvinding het kenmerk heeft, dat de glijlaag een anorganisch polymeer bevat, bijvoorkeur van polysilicaat, dat via een solgel proces is aangebracht.

Een via een sol-gel proces aangebrachte laag blijkt in vergelijk met teflon een zeer goede krasvastheid te bezitten. Zoals onder nader wordt beschreven kan een dergelijke laag op eenvoudige wijze op een metalen zoolplaat worden aangebracht.

Gebleken is dat een glijlaag in de vorm van een anorganisch polymeer zeer goed bestand is tegen corrosie en tegen vele en snelle temperatuurvariaties in het gebied van 20 - 300 oc. Op zich kan een dergelijk anorganisch polymeer gebaseerd zijn op polyZr-oxide, poly-Ti-oxide of poly-Al-oxide. Vanwege kostenoverwegingen wordt echter bijvoorkeur een anorganisch polymeer op basis van polysilicaat toegepast. Solen op basis van polysilicaten zijn eenvoudiger te vervaardigen en zijn langer stabiel dan de andere genoemde solen.

Een voorkeursuitvoering van het strijkijzer volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de glijlaag tevens gefluorideerde koolwaterstofverbindingen bevat. De aanwezigheid van dergelijke verbindingen verschaft het strijkijzer een merkbaar lagere wrijvingsweerstand tijdens het strijken. Deze maatregel verbetert derhalve de strijkeigenschappen van het inventieve strijkijzer aanzienlijk. De gefluorideerde koolwaterstoffen kunnen als losse verbindingen ingebed zijn in de anorganische polymere matrix van de glijlaag, bijvoorbeeld in de vorm van een fijnkorrelig poeder van teflon. Bijvoorkeur echter zijn deze gefluorideerde koolwaterstofverbindingen covalent gebonden aan het anorganische polymeer.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het aanbrengen van een glijlaag op een metalen zoolplaat. Deze werkwijze heeft volgens de uitvinding het kenmerk, dat op de zoolplaat een laag van een sol-gel oplossing wordt aangebracht, waaruit bij hogere temperatuur een anorganisch polymeer wordt gevormd.

Het vervaardigen van een sol-gel oplossing is op zich bekend. Bij het toepassen van een sol-gel oplossing voor het vervaardigen van lagen op een substraat wordt allereerst een colloidale suspensie bereid van vaste deeltjes in een vloeistof. In het onderhavige geval betreft het bij voorkeur gehydrolyseerde metaalalkoxide deeltjes in een organisch oplosmiddel. Bekende metaalalkoxiden in dit verband zijn Ti-, Zr-, Alen Si-alkoxide. Als organisch oplosmiddel wordt doorgaans een alcohol gebruikt. De

genoemdc colloidale oplossing of sol wordt na toevoeging van een kleine hoeveelheid water alsmede een kleine hoeveelheid zuur of base als katalisator in een dunne laag aangebracht op een gewenst substraat.

De toegevoegde katalisator en het water veroorzaken hydrolyse van de alkoxiden, waarna bij hogere temperatuur polycondensatie tot een anorganisch polymeer kan optreden, waarbij de oplosmiddelen uit de verkregen sol-gel laag worden verdampt.

Met het sol-gel proces kunnen zeer dunne lagen van anorganisch polymeer op de zoolplaat worden aangebracht. Zo zijn diktes kleiner dan l micrometer, en zelfs kleiner dan 0, 5 micrometer, met deze techniek realiseerbaar. Toepassing van deze dunne lagen en de keuze van een alkoxysilicaat als monomeer voor het anorganische polymeer maken de inventieve glijlagen bijzonder goedkoop.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de oplossing tevens 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilaan (GLYMO) bevat, in een hoeveelheid van maximaal 50 gew. % van de totale hoeveelheid aan alkoxysilicaat. De aanwezigheid van deze verbinding in de colloidale oplossing veroorzaakt een aanzienlijk betere hechting van de gevormded sol gel glijlaag aan de metalen zoolplaat. Bij afwezigheid van deze verbinding dienen de zoolplaten een aantal extra reiningingsstappen te ondergaan voordat ze voorzien worden van een glijlaag van een anorganisch polymeer. Door de aanwezigheid van de genoemde verbinding kunnen deze processtappen vervallen.

Een andere gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de oplossing tevens een gefluorideerde silaanverbinding bevat. De aanwezigheid hiervan blijkt de hydrofobe eigenschappen van de glijlaag sterk te verbeteren. Een hoeveelheid van 0. 1 gew. % berekend op de totale hoeveelheid aan colloidale deeltjes blijkt reeds voldoende te zijn om de hydrofobe eigenschappen van het gevormde anorganische polymeer ongeveer gelijk te maken aan die van teflon. Bij een grotere hoeveelheid dan 5 gew. % blijken de hydrofobe eigenschappen van de glijlaag niet meer te verbeteren.

De colloidale oplossing kan op verschillende manieren in de vorm van een laag op de zoolplaat worden aangebracht, bijvoorbeeld door dompelen of spinnen.

Volgens een bijzonder voordelige uitvoeringvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt de laag met behulp van sproei-technieken aangebracht. Op die wijze aangebrachte lagen blijken een lagere wrijvingscoëfficiënt te bezitten dan lagen die door

EMI4.1
middel van opspinnen zijn aangebracht. Gebleken is dat vanwege de instelbaarheid van de druppelgrootte bij het sproeien en de temperatuur van de zoolplaat de wrijvingscoëfficiënt van de glijlaag kan worden gevariëerd. De op de zoolplaat opgesproeide druppeltjes verschaffen de glijlaag een bobbelstructuur. De strijkeigenschappen van een glijlaag met bobblestructuur blijkt beter te zijn dan die van een gladde glijlaag.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin Figuur 1 een strijkijzer toont volgens de huidige uitvinding.

In Figuur 1 wordt een stoomstrijkijzer getoond. Deze heeft een plastic behuizing 1, die aan de onderzijde voorzien is van een metalen zoolplaat 2. In het onderhavige geval bestaat de zoolplaat uit een roestvast staallegering. De zoolplaat is aan het van de behuizing afgekeerde oppervlak voorzien van een glijlaag 3. Deze bevat een anorganisch polymeer op basis van polysilicaat, dat via een sol-gel proces is aangebracht. Onderstaand wordt een aantal inventieve werkwijzen bechreven voor het aanbrengen van de glijlaag van anorganisch polymeer op de zoolplaat.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding werd een sol-gel oplossing gemaakt welke 10 g TEOS (tetraethylorthosilicaat), 80 g ethanol, 10 g aangezuurd water (1 N HCl) bevatte. Na een uur hydrolyseren werd de oplossing op het strijkvlak van een zoolplaat van roestvast staal gesponnen, waarbij een snelheid van 600 omwentelingen per minuut werd toegepast. De zoolplaat was vooraf gereinigd door deze achtereenvolgens een ultrasoonbehandeling in een zeephoudende oplossing en een UV/ozon behandeling te geven. De opgesponnen sol-gel werd gedurende 30 minuten bij 300 C uitgehard.

De gevormde glijlaag van polysilicaat (dikte 200 nanometer) bleek een goede krasvastheid te bezitten en gaf een goede hechting aan de metalen zoolplaat. Deze hechting bleek niet verslechterd te zijn nadat de zoolplaat 500 maal aan een temperatuurcyclus van 20 was blootgesteld.

Volgens een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de

laaguitvinding werd de bovenbeschreven sol-gel oplossing met behulp van een spuitrobot op de gereinigde zoolplaat aangebracht. Bij een reeks van experimenten bleek dat via deze methode glijlagen met een geringere wrijvingscoëfficiënt verkregen konden worden dan met behulp van dompelen of opspinnen. De gladheid van de glijlaag kon o. a. worden beinvloed door de druppelgrootte en de temperatuur van de zoolplaat te variëren. De verhoogde gladheid van de glijlaag komt het strijkgedrag van het strijkijzer ten goede.

Volgens een derde uitvoeringsvoorbeeld van de werkwijze volgens de uitvinding werd een oplossing van 2 g Glymo, 8 g TEOS, 80 g ethanol en 10 gr aangezuurd water (1 N HCI) gedurende twee uren gehydrolyseerd. Deze oplossing werd vervolgens op een zoolplaat van roestvast staal (AISI 304) met behulp van spinnen aangebracht. De zoolplaten waren alleen gereinigd door toepassing van een ultrasoon behandeling in een zeephoudende oplossing. De aangebracht sol-gel laag werd gedurende 30 minuten bij 200 C uitgehard. De hierbij gevormde glijlaag van anorganisch polymeer (dikte 300 nm) bleek een goede hechting aan de metalen zoolplaat te vertonen, ondanks de afwezigheid van de UV/ozon behandeling. De krasvastheid van de laag was uitstekend.

Volgens een vierde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding werd een sol-gel oplossing vervaardigd die 10 gram aan TEOS en FTES bevatte, dat opgelost was in 80 g ethanol en 10 g aangezuurd water (1 N HCI). Onder FTES wordt verstaan Fluoralkyltriethylsilaan. De lengte van de fluoralkylgroep kan in principe varieren 5-15 C-atomen.

In het onderhavige geval werd CFCHCH-Si- (OCzHs) 3 toogepast. De oplossing werd op een zoolplaat aangebracht met behulp van een spuit-robot, en vervolgens uitgehard bij 160 C. De gevormde glijlaag had een goede hardheid en bleek bestand tegen temperatuurvariaties tot 300 C. Vanwege de aanwezigheid van gefluorideerde koolwaterstoffen in de glijlaag bleken de strijkeigenschappen van de strijkijzers aanmerkelijk beter dan die van de bovenbeschreven uitvoeringsvormen.

Voor het bepalen van de optimale hoeveelheid van de relatief dure gefluorideerde alkylsilanen werd in een aantal experimenten de molverhouding van
TEOS en FTES in de sol-gel oplossing gevarieerd. De contacthoek van een druppel water op een laag van anorganisch polymeer met de onderzochte samenstelling werd vervolgens bepaald. De waarden hiervan als functie van de concentratie aan FTES staan weergegeven in de onderstaande tabel. Genoemde tabel toont aan dat een relatief kleine

hoeveelheid van ongeveer 0. 1 mol. % aan FTES de hydrofobe eigenschappen van de glijlaag sterk verbetert. Toevoeging van meer dan 5 gew. % FTES aan TEOS blijkt geen verdere verbetering van de hydrofiele eigenschappen van de glijlaag meer op te leveren.

In dit verband wordt opgemerkt dat de watercontacthoek op teflon ongeveer 107 bedraagt.
EMI6.1

FTES/TEOS <SEP> angle <SEP> ( )
<tb> 0/100 <SEP> 40 <SEP> 4 <SEP>
<tb> 0. <SEP> 03/100 <SEP> 75 <SEP> 5
<tb> 0. <SEP> 1/100 <SEP> 101 <SEP> ¯5
<tb> 0. <SEP> 3/100 <SEP> 107 <SEP> 5
<tb> 0. <SEP> 6/100 <SEP> 109 <SEP> ¯5
<tb> 1/100 <SEP> 110 <SEP> + <SEP> 5 <SEP>
<tb> 4/100 <SEP> 102 <SEP> ¯5
<tb> 15/100 <SEP> 104 <SEP> ¯5
<tb> 30/100 <SEP> 102 <SEP> ¯5
<tb>

Claims

CONCLUSIES : 1. Strijkijzer met een metalen strijkijzerzool die voorzien is van een glijlaag, met het kenmerk, dat de glijlaag een anorganisch polymeer bevat, bijvoorkeur van polysilicaat, dat via een sol-gel proces is aangebracht.
2. Strijkijzer volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de glijlaag tevens gefluorideerde koolwaterstofverbindingen bevat.
3. Werkwijze voor het aanbrengen van een glijlaag op een metalen strijkijzerzool, met het kenmerk, dat het strijkvlak voorzien wordt van een laag van een sol-gel oplossing, die bij hogere temperatuur wordt omgezet in een anorganisch polymeer.
4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de sol-gel oplossing een alkoxysilicaat bevat.
5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de oplossing tevens 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilaan bevat, in een hoeveelheid van maximaal 50 gew. % van de totale hoeveelheid aan alkoxysilicaat.
6. Werkwijze volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de oplossing tevens een gefluorideerde silaanverbinding bevat.
7. Werkwijze volgens conclusie 3, 4, 5 of 6, met het kenmerk dat de sol-gel oplossing met behulp van sproei-technieken op de zoolplaat wordt aangebracht.